Qu'il s'agisse d'étudier le cœur de notre soleil ou l'intérieur d'un réacteur à fusion, les scientifiques doivent déterminer comment l'énergie circule dans le plasma. Les scientifiques utilisent des simulations pour calculer le débit. Les simulations reposent sur le modèle de transport thermique classique. Malgré plus de 50 ans de recherche, un multiplicateur ad hoc est souvent nécessaire. Sans ça, la simulation ne correspond pas aux observations du monde réel. Maintenant, une équipe a conçu un moyen de mesurer le flux d'énergie et a déterminé pourquoi les modèles ont besoin du multiplicateur. Plus loin, la nouvelle approche de l'équipe leur permet de tester quantitativement des simulations.

Les mesures de l'équipe montrent que les modèles les plus sophistiqués surprédisent le flux de chaleur pour toutes les conditions testées. Maintenant, les chercheurs peuvent développer davantage des modèles de transport thermique. Aussi, ils peuvent plus facilement étudier et tester définitivement les modèles.

Dans divers domaines de la physique des plasmas, y compris l'astrophysique, fusion par confinement inertiel, et magnétohydrodynamique, transport thermique classique (par exemple, Spitzer-Harm et Brajinskii) fournit la base du calcul du flux de chaleur (flux d'énergie). Malgré plus de 50 ans de recherche, un multiplicateur ad hoc est souvent nécessaire pour tenir compte de la physique anormale (par exemple, effets non locaux, turbulence, ou instabilités) et pour correspondre à des observables expérimentaux globaux. Motivé par la nécessité d'aborder quantitativement ce sujet, cette recherche a développé une nouvelle technique collective de diffusion Thomson qui sonde directement les modifications de la fonction de distribution des électrons résultant du flux de chaleur [R.J. Henchen et al., Lettres d'examen physique (2018)]. En utilisant cette technique, la validité de la théorie du transport classique lorsque le libre parcours moyen électron-ion est suffisamment plus court que la longueur de l'échelle de température des électrons et sa rupture dans le régime de transport non local a été démontrée pour la première fois. Dans les régimes où la théorie classique s'effondre, les fonctions de distribution des électrons compatibles avec le transport thermique non local ont été déterminées à l'aide du spectre de diffusion de Thomson collectif mesuré et fournissent maintenant un ensemble de données expérimentales quantitatives pour une comparaison directe avec des modèles non locaux [R.J. Henchen et al., Physique des plasmas (2019)].

Non seulement cette recherche est utilisée pour tester la modélisation du transport thermique, mais aussi le nouveau concept a ouvert une voie puissante pour mesurer les fonctions de distribution des électrons. La reconnaissance du fait que le spectre collectif complet de diffusion de Thomson peut être utilisé pour mesurer des fonctions de distribution d'électrons arbitraires a permis des mesures récentes qui ont isolé l'interaction entre les interactions laser-plasma et l'hydrodynamique. Des mesures récentes ont maintenant démontré que les lasers dans les expériences de fusion par confinement inertiel entraînent régulièrement des fonctions de distribution d'électrons non maxwelliennes et que ces fonctions de distribution affectent directement les instabilités laser-plasma. L'inclusion de ces fonctions de distribution d'électrons non maxwelliennes mesurées est nécessaire dans les modèles d'instabilité laser-plasma pour correspondre au transfert d'énergie mesuré par faisceau croisé. Cela pourrait avoir des conséquences importantes pour les expériences actuelles de fusion à entraînement indirect, où des multiplicateurs ad hoc sont actuellement requis dans la modélisation du transfert d'énergie entre faisceaux qui est construite autour des fonctions de distribution maxwelliennes. L'inclusion de fonctions de distribution d'électrons non maxwelliennes semble éliminer le besoin de ces multiplicateurs. Les scientifiques s'attendent à ce que l'inclusion des résultats de cette recherche dans la modélisation conduise à des simulations plus prédictives d'expériences de fusion à entraînement indirect au National Ignition Facility.